Model kaster nyt lys over patogensamarbejde

Nye tilgange er nødvendige for at kontrollere spredningen af ​​epidemiske sygdomme, ifølge udviklerne af en ny model for, hvordan patogener kan 'samarbejde'.

Deres undersøgelse undersøgte, hvordan to patogener arbejder sammen, at finde, at samarbejde mellem smitteprocesser sandsynligvis vil gøre spredningen af ​​smitsomme infektioner mere alvorlig.

Skrivning i New Journal of Physics , forskerne fra Shaanxi Normal University i Kina, Robert Koch Instituttet, og Humboldt University, Tyskland, præsentere en udvidelse af den traditionelle SIS (Susceptible-Infected-Susceptible) model, der bruges til at modellere enkelte smitteprocesser.

Hovedforfatter Dr Li Chen, fra Shaanxi Normal University, sagde:"State-of-the-art beregningsmodeller er blevet bemærkelsesværdigt succesrige med at gengive observerede mønstre og forudsige tendensen til igangværende epidemier."

Imidlertid, de fleste epidemimodeller fokuserer på transmissionsdynamikken af ​​single, patogene bakterier eller vira. Der findes en række infektionssygdomme, imidlertid, der interagerer enten direkte eller indirekte f.eks. ved at ændre værtens modtagelighed med hensyn til infektion med et andet patogen.

Dr. Chen sagde:"Smittesystemer, derfor, er stadig dårligt forstået. Vi ønskede at opdage, hvilke grundlæggende dynamiske funktioner du kunne forvente i en samarbejdsproces, og i hvor høj grad samarbejdsevnen ændrer det klassiske udbrudsscenarie."

Forskerne udviklede en model for dynamikken af ​​to overførbare, interagerende midler (mærket A og B). Modellen var baseret på SIS-modellen, hvor værtsindivider enten er modtagelige (S) eller inficerede (I). Modtagelige kan være inficeret med begge midler. Når man er inficeret med A, for eksempel, de kan overføre A til andre følsomme.

'Smittede' forbliver i den smitsomme tilstand i en typisk periode, hvorefter de kommer sig og bliver modtagelige igen. Transmissionsdynamikken for agent A og B er styret af agentspecifikke baseline-reproduktionsnumre, som beskriver en agents dynamik i fravær af den anden. Holdet inkorporerede kooperativitet med to yderligere parametre:kooperativitetskoefficienterne A og B, der fanger indflydelsen af ​​en infektion med A på den efterfølgende infektion med B, og omvendt.

De opdagede, at kooperativitet mellem smitteprocesser genererer en række interessante egenskaber, der er fraværende i enkeltagentdynamik. For tilstrækkeligt stærkt samarbejde, forøgelse af baseline-reproduktionstallet for et eller begge agenser, der produceres pludseligt, diskontinuerlige udbrudsovergange og multistabilitet.

Ud over, nye rejsebølgetilstande opstår, når deres model støbes ind i den geometriske kontekst, hvor infektionsudbredelsen aftager eller endda bliver frosset, bortset fra den traditionelle fremadgående bevægelse.

Dr. Chen sagde:"Vores model og dens resultater kan bruges til at forstå realistiske systemer som lungebetændelse, hvor bakterie som Streptococcus pneumoniae interagerer med virale luftvejsinfektioner som influenza, og det ene patogen øger modtageligheden over for det andet op til 100 gange.

"Et andet fremtrædende eksempel er HIV-syndemier, hvor værternes undertrykte immunsystem i høj grad øger modtageligheden over for sekundære infektioner som hepatitis, malaria, syfilis, herpes virus, eller tuberkulose. I sidstnævnte tilfælde, de kooperative interaktioner er gensidige, da værter med tuberkulose også er mere tilbøjelige til at erhverve HIV.

Undersøgelsen tyder på, at realistiske smittesygdomme kan være langt mere komplekse end billedet taget i de fleste tidligere arbejde baseret på en enkelt infektion. Følgelig, forskerne sagde:"Disse nye kompleksiteter afdækket i vores undersøgelse tyder på et behov for nye indeslutningsstrategier for at bekæmpe epidemiens spredning under nogle mere realistiske omstændigheder."